[發(fā)明專利]一種片內(nèi)溫度補(bǔ)償石墨烯壓力傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710693620.1
• 申請(qǐng)日: 2017-08-14
• 公開（公告）號(hào): CN107436205B
• 公開（公告）日: 2023-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李孟委;趙世亮;吳承根;王莉;王俊強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中北大學(xué)
• 主分類號(hào): G01L1/18
• 分類號(hào): G01L1/18;G01L1/26;G01L9/06;G01L19/04;G01L9/00
• 代理公司: 北京方圓嘉禾知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11385
• 代理人: 劉璐璐

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種片內(nèi)溫度補(bǔ)償?shù)氖毫鞲衅鳎瑢賶毫y(cè)量 及誤差分析的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)過程中，壓力與溫度、流量一起并稱為自動(dòng)化控 制的三大要素。航空航天、水利水電、武器裝備、汽車生產(chǎn)等工業(yè)領(lǐng) 域，對(duì)壓力傳感器的測(cè)控精度以及穩(wěn)定性提出了越來(lái)越高的要求。

實(shí)際應(yīng)用過程中，壓力傳感器的測(cè)量精度受溫度影響會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重 的漂移，主要包括零點(diǎn)漂移和靈敏度漂移，其產(chǎn)生的原因分別是敏感 電阻的電導(dǎo)率和壓阻系數(shù)會(huì)受到溫度的影響，半導(dǎo)體壓敏電阻的溫度 系數(shù)與摻雜濃度相關(guān)，制作工藝上很難實(shí)現(xiàn)惠斯通電橋每個(gè)橋臂電阻 的溫度系數(shù)完全相同，力敏電阻的不等性使得溫度漂移更加復(fù)雜，也 成為壓力傳感器溫度補(bǔ)償工作難度大的根本原因。目前多采用的有前 端隔溫處理或后端算法補(bǔ)償這兩種方法，復(fù)雜而且未從根本上解決問 題。

針對(duì)上述問題，本發(fā)明提出一種片內(nèi)溫度補(bǔ)償石墨烯壓力傳感器， 提出將石墨烯取代傳統(tǒng)半導(dǎo)體力敏材料，利用石墨烯優(yōu)異的力敏和溫 敏特性，由溫敏薄膜檢測(cè)溫度干擾信號(hào)，補(bǔ)償力敏薄膜壓力測(cè)量過程 中的溫度誤差，實(shí)現(xiàn)器件的自溫度補(bǔ)償，從根本上解決壓力傳感器溫 度補(bǔ)償難度大的問題。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的

本發(fā)明的目的就是針對(duì)背景技術(shù)的不足，設(shè)計(jì)一種片內(nèi)溫度補(bǔ)償 石墨烯壓力傳感器，從根本上解決壓力傳感器難以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確溫度補(bǔ)償 的難題。

技術(shù)方案

本發(fā)明的主要結(jié)構(gòu)由力敏納米薄膜、溫敏納米薄膜、互連電極、 基片、密封環(huán)、封裝外殼、基板、陶瓷基座、引線柱組成。

在陶瓷基座12上設(shè)置基板11，并粘結(jié)牢固，在基板11表面通 過密封環(huán)8、9鍵合基片7，基板11在相對(duì)于溫敏納米薄膜4的位置 刻蝕形成一凸臺(tái)結(jié)構(gòu)17，基片7下表面布置了力敏納米薄膜1和溫 敏納米薄膜4，并通過電極1、2、5、6粘接牢固，電極1、2、5、6 通過布線與互連電極相連，引線柱11、12貫穿陶瓷基座10，連接互 連電極與外部，用于傳遞溫敏薄膜與力敏薄膜對(duì)壓力信號(hào)和溫度信號(hào) 的電學(xué)響應(yīng)，互連電極由互連凸點(diǎn)(30、31、32、33)與互連焊盤(34、 35、36、37)鍵合構(gòu)成；基片7上部刻蝕了凹形結(jié)構(gòu)；封裝外殼10 與陶瓷基座12鍵合，基片7封閉封裝外殼10。

基片7下部布置了力敏納米薄膜3和溫敏納米薄膜4，均由上下 兩層氮化硼層以及中間單層石墨烯構(gòu)成，所述氮化硼的層數(shù)大于等于 1；基片7上部刻蝕形成了凹形結(jié)構(gòu)，膜片16為凹形結(jié)構(gòu)的一部分, 基片7與封裝外殼10鍵合。

基板11通過密封環(huán)8、9鍵合基片7，基片7、基板11、密封環(huán)(8、9)組成了一個(gè)密封的無(wú)氧真空腔，隔絕了納米薄膜與外界的直 接接觸，并保障兩組納米薄膜(3、4)處于同一溫區(qū)，基板11在相 對(duì)于溫敏薄膜4的位置刻蝕形成一凸臺(tái)結(jié)構(gòu)17，保障溫敏薄膜4在 外部壓力作用下不會(huì)發(fā)生形變，陶瓷基座12與基板11相連接，將器 件固定。

電極1、2、5、6布置在石墨烯薄膜兩側(cè)，用于導(dǎo)出氮化硼/石墨 烯/氮化硼納米薄膜中的電學(xué)響應(yīng)，電極1、2、5、6通過布線與互連 電極相連，引線柱11、12貫穿陶瓷基座10，連接互連電極與外部， 用于傳遞溫敏薄膜與力敏薄膜對(duì)壓力信號(hào)和溫度信號(hào)的電學(xué)響應(yīng)，互 連電極由互連凸點(diǎn)(30、31、32、33)與互連焊盤(34、35、36、37) 鍵合構(gòu)成；浸潤(rùn)層18、19、20、21、22、23起到浸潤(rùn)與阻擋的作用， 分別連接電極1、2、5、6，密封環(huán)8、9與基片7，加大粘合力，并 阻止高溫下金屬原子和基片原子的相互擴(kuò)散。封裝外殼10用以隔絕 外部環(huán)境，支撐、保護(hù)內(nèi)部表頭結(jié)構(gòu)。

有益效果

本發(fā)明與背景技術(shù)相比具有明顯的先進(jìn)性，利用石墨烯薄膜替代 了傳統(tǒng)的半導(dǎo)體壓阻材料，避免了力敏電阻因摻雜導(dǎo)致的不等現(xiàn)象， 進(jìn)而使溫度漂移問題簡(jiǎn)單化，利用金屬將基片與基板鍵合形成無(wú)氧真 空腔，同時(shí)，石墨烯夾在兩層氮化硼納米薄膜之間，有效的消除了周 圍環(huán)境中的干擾因素，提升了器件的可靠性，傳感器可應(yīng)用于動(dòng)態(tài)、 靜態(tài)高力學(xué)測(cè)試環(huán)境，利用溫敏薄膜檢測(cè)溫度干擾信號(hào)補(bǔ)償力敏薄膜 壓力測(cè)量時(shí)產(chǎn)生的溫度誤差，從根本上解決目前壓力傳感器難以實(shí)現(xiàn) 準(zhǔn)確溫度補(bǔ)償?shù)膯栴}。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的立體示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例的芯片結(jié)構(gòu)立體示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例的芯片結(jié)構(gòu)俯視圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例的芯片結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；